java多线程创建方式以及线程安全
什么是线程
- 线程被称为轻量级进程，是程序执行的最小单位，它是指在程序执行过程中，能够执行代码的一个执行单位。每个程序程序都至少有一个线程，也即是程序本身。
线程的状态
新建（New）：创建后尚未启动的线程处于这种状态运行（Runable）：Runable包括了操作系统线程状态的Running和Ready，也就是处于此状态的线程有可能正在执行，也有可能正在等待着CPU为它分配执行时间。等待（Wating）：处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间。等待状态又分为无限期等待和有限期等待，处于无限期等待的线程需要被其他线程显示地唤醒，没有设置Timeout参数的Object.wait()、没有设置Timeout参数的Thread.join()方法都会使线程进入无限期等待状态；有限期等待状态无须等待被其他线程显示地唤醒，在一定时间之后它们会由系统自动唤醒，Thread.sleep()、设置了Timeout参数的Object.wait()、设置了Timeout参数的Thread.join()方法都会使线程进入有限期等待状态。阻塞（Blocked）：线程被阻塞了，“阻塞状态”与”等待状态“的区别是：”阻塞状态“在等待着获取到一个排他锁，这个时间将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生；而”等待状态“则是在等待一段时间或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步区域的时候，线程将进入这种状态。结束（Terminated）：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。
多线程创建方法
继承Thread
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 11:56
* @Blog: itdfq.com
* @QQ: 909256107
* @Descript:
*/
class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println(currentThread().getName()+"运行了");
}
}
class Test{
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"：运行了");
myThread.start();
}
}
实现Runable接口创建多线程
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 12:37
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* @QQ: 909256107
* @Descript: 实现Runable接口的方式创建多线程
* 1.创建一个实现了Runable接口的类
* 2.实现类去实现Runable中的抽象方法，run();
* 3.创建实现类的对象
* 4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
* 5.通过Thread类的对象调用start()
*/
class MThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i<100;i++){
if (i%2!=0){
System.out.println(i);
}
}
}
}
public class ThreadTest1 {
public static void main(String[] args) {
//3.创建实现类的对象
MThread mThread = new MThread();
//4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
Thread thread = new Thread(mThread);
thread.start();
}
}
Thread和Runable创建多线程对比
开发中：优先使用Runable
1.实现的方式没有类的单继承的局限性。
2.实现的方式跟适合处理多个线程有共享数据的情况。
联系：Thread类中也实现了Runable，两种方式都需要重写run()。
实现Callable接口
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 13:03
* @Blog: itdfq.com
* @QQ: 909256107
* @Descript:
*/
class MCallable implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
int sum=0;
for(int i=0;i<100;i++){
sum+=i;
}
return sum;
}
}
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) {
//执行Callable 方式，需要FutureTask 实现实现，用于接收运算结果
FutureTask<Integer> integerFutureTask = new FutureTask<Integer>(new MCallable());
new Thread(integerFutureTask).start();
//接受线程运算后的结果
Integer integer = null;
try {
integer = integerFutureTask.get();
System.out.println(integer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
与Runable相比，Callable功能更强大
相比run()方法可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
使用线程池进行创建
线程池创建的好处
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理：
- corePoolSize:核心线程池的大小
- maximumPoolSize:最大线程数
- keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后悔中止
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 13:10
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* @Descript:
*/
class Thread1 implements Runnable{
@Override
public void run() {
for (int i=1;i<30;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
}
}
}
public class ThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ExecutorService executorService= Executors.newFixedThreadPool(10);
Thread1 threadPool = new Thread1();
for (int i=0;i<5;i++){
//为线程池分配任务
executorService.submit(threadPool);
}
//关闭线程池
executorService.shutdown();
}
}
Thread中的常用方法
- start()：启动当前线程；调用当前线程的run();
- run()：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中。
- currentThread()：静态方法，返回当前代码的线程。
- getName()：获取当前线程的名字。
- setName()：设置当前线程的名字。
- yield()：释放当前cpu的执行权，切换线程执行。
- join()：在线程a中调用线程b的join(),此时线程a会进入阻塞状态，知道线程b完全执行完毕，线程a 才结束阻塞状态。
- stop()：强制线程生命期结束。（过时了，不建议使用）
- isAlive()：判断线程是否还活着。
- sleep(long millitime)：让当前线程睡眠指定的事milltime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
线程的优先级
线程的优先级等级
- MAX_PRIORITY:10
- MIN_PRIORITY:1
- NORM_PRIORITY:5
涉及的方法
- getPriority()：返回线程的优先值
- setPriority(int newPriority)：改变线程的优先级
说明
- 线程创建时继承父线程的优先级
- 低优先级知识获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用
线程的同步
多线程卖票
基于实现Runable的方式实现多线程买票
package demo2;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 13:37
* @Blog: itdfq.com
* @QQ: 909256107
* @Descript: 创建三个窗口买票，总票数为100张，使用Runable接口的方式
* 存在线程安全问题，待解决
*/
class Thread2 implements Runnable{
private int ticket=100;
@Override
public void run() {
while (true){
if (ticket>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else {
break;
}
}
}
}
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
Thread2 thread2 = new Thread2();
Thread t1 = new Thread(thread2);
Thread t2 = new Thread(thread2);
Thread t3 = new Thread(thread2);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
实现结果，存在重复的票
如果在买票方法中加入sleep函数
public void run() {
while (true){
if (ticket>0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}else {
break;
}
}
}
则运行结果可能会出现-1，表示也是不正常的
理想情况
极端情况
在java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码
}
说明
- 操作共享数据的代码就是需要被同步的代码。
- 共享数据：多个线程共同操作的变量，比如本题中的ticket就是共享数据。
- 同步监视器：俗称：锁。任何一个类的对象都可以充当锁。要求：
多个线程必须要共用统一把锁。 - 同步的方式，解决了线程的安全问题—好处。但是操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。-----局限性
- 使用Runable接口创建多线程的方式中，可以使用
this关键字；在继承Thread类中创建多线程中，慎用this充当同步监视器，可以考虑使用当前类充当同步监视器。Class clazz = Windows.class因此 类也是一个对象 - 包裹操作共享数据的代码
不能多也不能少
修改之后的代码：
package demo2;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 13:37
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* @Descript: 创建三个窗口买票，总票数为100张，使用Runable接口的方式
* 存在线程安全问题，待解决
*/
class Thread2 implements Runnable{
private int ticket=100;
Object object = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized(object) {
//括号中的内容可以直接使用当前对象this去充当
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
Thread2 thread2 = new Thread2();
Thread t1 = new Thread(thread2);
Thread t2 = new Thread(thread2);
Thread t3 = new Thread(thread2);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
结果
继承Thread的方式，去使用同步代码块，需要将声明的锁对象设为statci，否则创建的对象的同步监视器不唯一，就无法实现。
package demo2;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 14:45
* @Blog: itdfq.com
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* @Descript:
*/
class WindowsTest2 extends Thread{
private static int ticket=100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (obj){
//这里不能使用this去充当，可以直接写一个Test.class 类也是对象
if (ticket>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName()+":买票，票号为："+ticket);
ticket--;
}else {
break;
}
}
}
}
}
public class Test2{
public static void main(String[] args) {
WindowsTest2 w1 = new WindowsTest2();
WindowsTest2 w2 = new WindowsTest2();
WindowsTest2 w3 = new WindowsTest2();
w1.setName("窗口一");
w2.setName("窗口二");
w3.setName("窗口三");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
同步方法
如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，可以将此方法声明为同步的。
通过实现Runable的方式实现同步方法。
package demo2;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 13:37
* @Blog: itdfq.com
* @QQ: 909256107
* @Descript: 创建三个窗口买票，总票数为100张，使用Runable接口的方式
* 存在线程安全问题，待解决
*/
class Thread3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show(){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":买票，票号为：" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
Thread3 thread3 = new Thread3();
Thread t1 = new Thread(thread3);
Thread t2 = new Thread(thread3);
Thread t3 = new Thread(thread3);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
通过实现继承Thread的方式实现同步方法。使用的同步监视器是this，则不唯一，就会报错。所以将该方法定义为static。当前的同步换时期就变成Test4.class了
package demo2;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 14:45
* @Blog: itdfq.com
* @QQ: 909256107
* @Descript:
*/
class WindowsTest4 extends Thread{
private static int ticket=100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true){
show();
}
}
public static synchronized void show(){
//同步监视器不是this了，而是当前的类
// public synchronized void show(){//同步监视器是this ，t1,t2,t3
if (ticket>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":买票，票号为："+ticket);
ticket--;
}
}
}
public class Test4{
public static void main(String[] args) {
WindowsTest4 w1 = new WindowsTest4();
WindowsTest4 w2 = new WindowsTest4();
WindowsTest4 w3 = new WindowsTest4();
w1.setName("窗口一");
w2.setName("窗口二");
w3.setName("窗口三");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
总结
- 同步方法仍然设计到同步监视器，只是不需要我们去显示的声明。
- 非静态的同步方法，同步监视器是：this静态的同步方法中，同步监视器是类本身。
Lock锁解决线程安全问题
synchronize与lock的异同
相同
- 都可以解决线程安全问题
不同
- synchronize机制在执行相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器；Lock需要手动的启动同步lock(),同时结束同步也需要手动的实现unlock()。
建议优先使用顺序
Lock------>同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）---->同步方法（在方法体之外）
package demo2;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @Author GocChin
* @Date 2021/5/11 15:58
* @Blog: itdfq.com
* @QQ: 909256107
* @Descript:
*/
class Lock1 implements Runnable{
private int ticket=50;
//1.实例化
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
try {
//2.调用lock锁定方法
lock.lock();
if (ticket>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"售票，票号为："+ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
} finally {
//3.调用解锁方法
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest1 {
public static void main(String[] args) {
Lock1 lock1 = new Lock1();
Thread t1 = new Thread(lock1);
Thread t2 = new Thread(lock1);
Thread t3 = new Thread(lock1);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}